Сравняване на реакции E2, E1, Sn2, Sn1

В това видео искам да опитам да определя какъв тип реакция или реакции могат да протекат, ако имаме... какво е това? Едно, две, три, четири, пет, които образуват пръстен. Това е бромциклопентан. Ако имаме бромциклопентан, разтворен в диметилформамид. Понякога можеш да го видиш записано просто като ДМФ (DMF). Тук всъщност е дадена неговата формула, така че можем да помислим какъв тип разтворител е той. И така в нашия разтвор имаме метоксиден йон. Също така имаме метоксиден йон ето тук. Хайде да помислим какъв тип реакция може да протече. И просто за да стесним избора, нека да помислим кой от последните четири типа реакции, които разглеждахме. Значи това може да бъде реакция SN2, SN1, E2 или Е1. Ще разгледаме всички предпоставки и ще определим кой тип реакция може да протече и ще покажем механизма ѝ. Първото нещо, понеже са ни дали разтворителя и други неща, които са в него, да помислим как те могат да повлияят на реакцията. Ако погледнем този разтворител тук, винаги, когато разглеждаш тези реакции, когато разглеждаш разтворителя, си задай въпроса дали е протонен или апротонен. Протонен означава, че той има водородни атоми, които могат да бъдат отделени, или че техните електрони могат да бъдат отдадени и тези протони просто да си плуват в разтвора. Ако погледнеш ето тук, имаме водороди, но всички те са свързани с въглерод. А въглеродът няма просто да отмъкне електроните на водорода и да пусне водорода да си плува наоколо. Въглеродът не е толкова електроотрицателен. Ако имаш водороди, които са свързани с кислород, това вече е различно нещо. Тогава може да имаш протонен разтворител. В този случай всички водороди са свързани с въглероди, няма вероятност електроните им да бъдат отмъкнати и те да плуват наоколо като протони. Значи това е апротонен разтворител. Сега, това вече сме го виждали при Sn2 и Sn1 реакциите, но тук идеята е същата. За да имаме реакции Sn2 или Е2, трябва да имаме или силен нуклеофил, или силна основа, като може да е и двете, макар не винаги да са свързани. Виждали сме това и преди. Сега, ако имаш протонен разтворител, той ще стабилизира силната основа или силния нуклуефил. Протоните ще реагират с тях. Те ще отнемат електроните от тази силна основа или силен нуклеофил. Следователно, за да имаш SN 2 или Е2, не е нужно да имаш протони, плуващи наоколо, т.е. ти трябва апротонен разтворител. Значи апротонния разтворител благоприятства реакции SN2 или Е2. Сега, когато вече се насочихме към SN2 или Е2, да разгледаме самите реактанти. Тук имаме метоксидния йон. Да помислим дали той е силен или слаб. Да го разгледаме първо като силен или слаб нуклеофил. Всъщност той е доста силен нуклеофил. Това е силен нуклеофил. Това ни насочва към Sn1. Значи имаме два показателя. Извинявам се, това е Sn2. Имаме две точки информация, защото, спомни си, това е като "просто бъди тук и бъди активен". Това не е твърде голяма молекула, така че няма да има засенчаване. Но това е и изключително силна основа, даже по-силна от хидроксида. Значи това е супер силна основа, което предполага, че ще имаме реакция Е2. Последното нещо, което трябва да обмислим, е от кой въглерод ще се отдели напускащата група. И веднага като погледнеш бромциклопентана, виждаш, че има само една функционална верига към пръстена, това е този бром тук, точно ето тук. Той е свързан с този въглерод. Можем да го наречем алфа-въглерод, като той е вторичен въглерод. Този въглерод тук е свързан с един, два други въглеродни атоми. Този алфа-въглерод... нека да го напиша така. Този алфа-въглерод е вторичен въглерод, което го прави един вид неутрален в групата. Ако беше метил или първичен въглерод, това щеще да благоприятства Sn2. Когато е метил, можеш да имаш единствено Sn2. Ако беше третичен въглерод, щеше да благоприятства Sn1 или Е1, защото това означава стабилен карбокатион. Напускащата група може просто да напусне. И ако този въглерод е свързан с друг въглерод, връзката ще бъде много стабилна. Но в този случай това е вторичен въглерод, свързан с два въглерода. Той е един вид неутрален. Може да протече всяка от тези реакции. Когато гледаме всички други точки на информация, те всички сочат към Sn2 или Е2. Имаме силен нуклеофил/основа. Имаме апротонен разтворител. Значи реакцията ще бъде Sn 2 или Е2. Всъщност нека да покажа реакциите. Първо ще покажа Sn2. Ще използвам оранжево. Ако имаме реакция Sn2 ... само ще препиша молекулата. Ще направя циклопентановата част. Искам да съм сигурен... ще я направя като тук горе. Петоъгълникът гледа нагоре. И после имаме бром ето тук. Имаме метоксидният йон ето тук. Това е СН3О–. Можем по друг начин да кажем, че кислородът има един, два, три, четири, пет, шест, седем валентни електрона и отрицателен заряд. Един от тези електрони ето тук, този може да атакува субстрата ето тук, този въглерод. Когато това се случи, едновременно бромът може да вземе електрон от този същия въглерод. И тогава ще ни остане... бромът ще стане бромиден анион. Той има един, два, три, четири, пет, шест, седем валентни електрона. Един, два, три, четири, пет, шест, седем. Сега той грабва един електрон и става бромид. Сега има отрицателен заряд. И ако трябва да направим тази верига, тя ще изглежда ето така. Можем да я направим на тази страна или на тази страна, така че той атакува от другата страна. Това е хирален субстрат, така че не е нужно да чертаем връзките към този въглерод. Даже няма да показваме нищо, което сочи навън или навътре. Имаме метоксидния йон, който вече е свързан, така че вече не е йон, а е ОСН3. Свързан е с този въглерод. По подразбиране при този въглерод има друг водород, който не показваме. Ето колко бързо, това е Sn2 реакцията. Това е механизмът. Сега да помислим каква би била реакцията Е2. За да направим Е2 правилно, за да сме справедливи, трябва да покажем част от водородните атоми. При Е2 реакцията... ще я направя в синьо. Първо ще направя циклопентановата част. Ще я направя голяма. Тук всъщност не е така важно да я направим голяма. Ще начертая петоъгълник. Тук е бромът, три, четири, пет, шест и после седем валентни електрона. Това е алфа-въглеродът. Това тук е алфа-въглеродът. После имаме два бета-въглероди. Има два бета-въглероди точно тук и тук. Всеки от тях има два водорода. Знам, че започва да се вижда по-лошо. Всеки от тях има по два водорода. И при една Е2 реакция силната основа... нека да го направя малко по-прегледно. Ще изчистя това бета. Това бета малко замърсява картинката. Значи всеки от тях има по два водорода. При реакция Е2, силната основа... ето тук метоксидният йон действа като силен нуклеофил. При Е2 той ще действа като силна основа. Той ще отнеме водород от един от бета-въглеродите. Сигурно ще попиташ от кой въглерод. Да си спомним правилото на Зайцев. Тук няма значение, защото те са симетрични. Те и двата са свързани с два други въглерода. И двата са свързани с еднакъв брой водороди. Няма значение. Който и да е, няма да можеш да видиш разликата, защото има симетрия. Затова ще го направя ето така. Ще направя метоксидния йон. Едно, две, три, четири... може би трябваше да кажа анион... пет, шест. И после има една връзка с СН3. Той има отрицателен заряд и е много, много силна основа. Може да дойде тук и да вземе водорода без неговия електрон. Може би да избера цвят. Този електрон може да дойде при водорода и да се образува връзка. Електронът на водорода... ще избера подходящ цвят. Електронът на водорода, който просто стои ето тук, може сега да дойде при алфа-въглеродът. Сега може да дойде при алфа-въглеродът и да образува двойна връзка. И сега, когато алфа-въглеродът получава този електрон, сега бромът може да напусне. Той е една прилична напускаща група. И това е другото нещо, което трябва да съобразим в нашето уравнение. Но подходяща напускаща група благоприятства всички типове реакции: Sn2, E2, Sn1, E1. Така че въглеродът получава електрон, и бромът може да вземе този електрон от въглерода. И само в една стъпка, което отличава реакциите Е2 от Sn 2. Всички реакции участват в скоростоопределящата стъпка и всъщност има само една стъпка. И след като се случи това, оставаме с метоксидния анион, който взима водорода и получаваме метанол. Ще го запиша. Превръща се в метанол. Той има един, два, три, четири, после пет, но после този тук отива и се свързва с водорода. Този приятел тук се свързва с водорода, ето така, а водородът оставя своя електрон ето тук. Ще направя циклопентановата част. Циклопентановата част изглеждаше така преди, ако гледам само пръстена. Този тук беше свързан с водород. Той беше свързан с този водород тук, но сега този електрон ще бъде използван за създаване на връзка с този алфа-въглерод ето тук. Ще направя алфа-въглерода ето точно тук. По подразбиране, на всеки от тези ъгли имаме въглероден атом. Но сега с този въглерод ще се образува двойна връзка. Ще я покажа ето така, това е двойна връзка. Очевидно тук има още един въглерод. Мога тук да покажа още един въглерод. И сега ще се образува тази двойна връзка. И бромидът се отделя. Той взема един електрон с него от този въглерод, защото този въглерод не се нуждае от него. Бромът вече си го беше придърпал, защото е много електроотрицателен. Значи това е бром. Той взима оранжевия електрон. Сега вече е бромиден анион. И сме готови. И да се върнем към първоначалния въпрос: коя реакция е най-вероятна или кой механизъм на протичане? Всъщност и двата - Sn2 и Е2. Можеш да видиш да протичат едновременно и двата, защото има всички необходими предпоставки за протичането и на двата. Затова са възможни и двата механизма. Това е... нека да ги отделя. Това е реакцията Sn2. Може да протече реакция Sn2 в твоята колба, епруветка или какъвто и да е реакционен съд, в който имаш всички тези елементи, като същевременно ще имаш и реакция Е2. Така че ще видиш всичко това и всичко тези продукти, както и всички продукти ето тук.